Введение в разработку цифровых ИС

Рынок полупроводниковых устройств

(* https://market.us/report/semiconductor-market/ (2024))

(* https://semiwiki.com/forum/index.php?threads/tsmc-has-the-largest-marketshare-in-the-global-semiconductor-manufacturing-industry.13693/ (2021))

Некоторые отечественные разработчики и производители интегральных схем

История развития интегральных схем

Закон Мура

Закон Мура (1965): удельное количество транзисторов на кристалле ИС удваивается примерно каждые 24 месяца.

Полный путь разработки ИС

Бюджет и планирование

• Описание архитектуры\микроархитектуры устройства
• Финансовое обеспечение проекта
• Не забудьте дополнительный запас по времени и средствам!

Схема и HDL описание

• Основные методы описания цифрового устройства: схемный ИЛИ текстовый

  

  
  

• Схема: - прост для начинающих - подходит только для небольших проектов

  

  
  

• Текстовый: - используются языки описания аппаратуры (HDL) - похоже на программирование - удобен для описания больших проектов

  

  
  

RTL моделирование

• Компьютерное моделирование, позволяющее оценить работоспособность HDL описания
• Простейший способ - подача на вход схемы (описания на HDL) тестовых сигналов и сравнение выходных сигналов схемы с эталонными
• HDL описание, используемое для проверки корректной работы дизайна, называется "testbench" или "модуль тестовых воздействий"
• Моделирование проводится с помощью спец. ПО ("HDL симуляторы"), позволяющего также строить временные диаграммы сигналов (фактически - изменение переменных HDL описания "во времени")

Прототипирование и отладка на ПЛИС

• HDL описание (часто называется "RTL") с помощью специализированного ПО преобразовывается в т.н. "прошивку" для ПЛИС - конфигурируемых цифровых логических схем.
• ПЛИС, находящиеся на специальных отладочных платах, конфигурируются ("прошиваются") так, чтобы реализовать функциональность HDL описания.
• С помощью специального ПО (логические анализаторы) возможно наблюдать диаграммы сигналов внутри ПЛИС.

Логический синтез и временной анализ

• Исторически первые цифровые ИС были сделаны из простых логических элементов и проверялись на макетной плате вручную.
• Количество логических элементов росло -> необходимы способы автоматизации разработки и отладки > языки описания аппаратуры были разработаны для разработки и моделирования цифровых схем
• Verilog HDL и VHDL (1980-x) были одними из первых языков и в настоящее время широко распространены
• Это не программирование! Программы исполняются последовательно, когда как языки HDL описывают параллельные процессы, протекающие в цифровых схемах

N. B.! Некоторые конструкции языка несинтезируемы и используются только для моделирования